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横田 久美子*; 田川 雅人*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿
Journal of Surface Analysis, 20(3), p.221 - 225, 2014/03
Oxidation reaction efficiency of the embedded Si atoms in the diamond-like carbon (DLC) film was studied with a combination of the broad O-atom beam, high-speed chopper wheel and synchrotron radiation photoelectron spectroscopy (SR-PES). The high-speed chopper wheel converted the translational energy distribution of O-atom into spatial distribution on the DLC surface. High spatial and energy resolutions of SR-PES allow studying the difference in oxidation states of Si atoms in different translational energies. It was confirmed that the SiO
was formed by the high-energy collision conditions of O-atoms, whereas sub-oxides are formed with the low-energy collisions. The efficiency of SiO formation at 9 eV-collision is evaluated to be 4 times greater than that at 2 eV-collision.
横田 久美子*; 田川 雅人*; 松本 康司*; 古山 雄一*; 北村 晃*; 神田 一浩*; 戸出 真由美; 吉越 章隆; 寺岡 有殿
Protection of Materials and Structures from the Space Environment; Astrophysics and Space Science Proceedings, Vol.32, p.531 - 539, 2012/08
Stability of hydrogen in Diamond-like carbon (DLC) film under simulated space environment, i.e., hyperthermal atomic oxygen, vacuum ultraviolet (VUV) and soft X-ray exposures has been studied. Hydrogen in DLC was released by low-energy atomic oxygen beam exposure, whereas the gasification reaction of carbon atom needed collision energy above 3 eV. The desorption process in the deep region required a higher collision energy. The density of hydrogen decreased 11% by atomic oxygen exposure, and was independent of the collision energy. Photon exposure also releases hydrogen from DLC. High-energy photons in soft X-ray promote the hydrogen desorption even from deeper region with high efficiency. It was considered that soft X-ray could release bonded hydrogen which is not released by VUV or atomic oxygen exposures.
田川 雅人*; 岸田 和博*; 横田 久美子*; 松本 康司*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; Zhang, J.*; Minton, T. K.*
Protection of Materials and Structures from the Space Environment; Astrophysics and Space Science Proceedings, Vol.32, p.547 - 555, 2012/08
Volatile products were measured from two types of diamond-like carbon films under the hyperthermal atomic oxygen (AO) beam bombardment. It was clearly observed that CO and CO were formed at the conventional hydrogenated DLC surface by hyperthermal AO beam exposure. Desorption rates of CO and CO are constant with AO fluence which reflects the constant erosion rate of the hydrogenated DLC. In contrast, Si-doped DLC shows decrease in amount of CO and CO with increasing AO fluence. Oxidation of Si atoms at the DLC surface was detected by X-ray photoelectron spectroscopy. This is the evidence that SiO film formed at the DLC surface could prevent AO reaction with C atoms in DLC which leads to loss of DLC. Since a self-healing capability can be expected on Si-doped DLC, metal doping is a promising technology for space application of DLC.
神田 一浩*; 横田 久美子*; 田川 雅人*; 戸出 真由美; 寺岡 有殿; 松井 真二*
Japanese Journal of Applied Physics, 50(5), p.055801_1 - 055801_3, 2011/05
ダイヤモンドライクカーボン(DLC)薄膜は軟X線領域のシンクロトロン放射光を照射しながら酸素ガスに曝すとエッチングされることが一般に知られている。最近、高水素化DLC(H-DLC)薄膜に真空中で軟X線放射光を照射すると、水素が脱離して薄膜の密度,硬度,屈折率が増加することが見いだされた。本研究では、異なる三種類の水素濃度のH-DLC試料を用いて、放射光の照射効果を研究した。H-DLC薄膜はSi基板上に200nmの厚さで形成された。それには強度変調ラジオ波プラズマ化学気相成長法を用いた。放射光の照射はニュースバルBL6で行われた。その放射光は1keV以下の軟X線から赤外線までの連続エネルギースペクトルを持っている。水素濃度の放射光照射量依存性は弾性反跳粒子検出法(ERDA)とラザフォード後方散乱法(RBS)で評価された。水素濃度は低水素化DLC薄膜では一定に保たれたが、一方、高水素化DLC薄膜では軟X線照射量に依存して指数関数的に減少することが見いだされた。
神田 一浩*; 横田 久美子*; 田川 雅人*; 戸出 真由美; 寺岡 有殿; 松井 真二*
Japanese Journal of Applied Physics, 50(5), p.055801_1 - 055801_3, 2011/05
被引用回数：11 パーセンタイル：43.98(Physics, Applied)The effect of soft X-ray irradiation of diamond-like carbon films in vacuum was investigated using synchrotron radiation (SR). Etching and the desorption of hydrogen upon SR exposure in vacuum occurred in highly hydrogenated diamond-like carbon (H-DLC) films; these processes were not observed in the irradiation of a low-hydrogenated DLC film. The extent of decrease in hydrogen content due to SR exposure was found to decrease with increasing the etching ratio of the H-DLC film. This indicates that hydrogen desorption from the H-DLC films competed with the etching process. Namely, the modified surface, in which hydrogen content was decreased by SR exposure, was immediately removed from the H-DLC film that had a high etching rate.
田川 雅人*; 横田 久美子*; 北村 晃*; 松本 康司*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 神田 一浩*; 新部 正人*
Applied Surface Science, 256(24), p.7678 - 7683, 2010/10
被引用回数：13 パーセンタイル：50.83(Chemistry, Physical)超熱原子状酸素ビームに曝した水素化ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜の表面構造変化を、ラザフォード後方散乱分光(RBS),放射光光電子分光(SR-PES),X線吸収端微細構造解析(NEXAFS)で調べた。DLC表面は酸化され、原子状酸素の高エネルギー衝突でエッチングされることがわかった。RBSとリアルタイム質量損失測定では原子状酸素強度とエッチング量は比例した。SR-PESでは酸化層はDLC膜の最表面に限られることがわかった。NEXAFSからはDLCのsp
構造が選択的にエッチングされ、sp
リッチ領域がDLC表面に残ることがわかった。DLC表面にspリッチ領域が生成すると表面荒れが起こり、初期のDLC表面に比べてエロージョン収率が減少することがわかった。
田川 雅人*; 横田 久美子*; 前田 健一*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 赤松 謙祐*; 縄舟 秀美*
Polyimides and Other High-Temperature Polymers; Synthesis, Characterization and Applications, Vol.5, p.249 - 259, 2009/08
PMDA-ODAポリイミドの表面弗化を超熱弗素原子ビームを用いて行った。X線光電子分光と接触角計測によって得た分析結果をもとにしてその表面の基礎的な性質を報告する。CF, CF, CF
がポリイミド表面にF原子ビームの強度に依存して形成されることがわかった。さらに、水の接触角を60度から120度まで弗素原子ビームの強度を変えることで制御できることを見いだした。原子間力顕微鏡で表面粗さを評価すると、F原子ビームに依存してわずかに増加するが、これは恐らくCF
のような揮発性の生成物が生成するためと考えられる。このことはF原子ビーム照射中に水晶振動子を用いた質量変化の実測によって確かめられている。
田川 雅人*; 横田 久美子*; 前田 健一*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿
Applied Physics Express, 2(6), p.066002_1 - 066002_3, 2009/06
被引用回数：3 パーセンタイル：14.44(Physics, Applied)超熱(運動エネルギー10eV)フッ素原子ビームと高配向熱分解形成グラファイト(HOPG)との反応が研究された。原子状フッ素を暴露したHOPG表面の放射光光電子分光による分析で、フッ化反応がHOPG(0001)最表面に限られることがわかった。これは10eVの運動エネルギーがグラファイト層を貫通するのに不十分であるが、C-C結合を切ってCFやCF基を形成するには十分であることが原因である。この実験によって10eV領域の超熱エネルギーは炭素系物質の最表面を無損傷で改質するのに有利であることが示された。
横田 久美子*; 田川 雅人*; 北村 晃*; 松本 康司*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; Fontaine, J.*; Belin, M.*
Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Space Technology Japan (Internet), 7(ists26), p.Pc_37 - Pc_42, 2009/06
Siドープダイヤモンドライクカーボン(DLC)に対する超熱原子状酸素(AO)照射の効果を調べた。組成比でSiを10%含むものと20%のものと二種類のDLCを試験した。試験には放射光光電子分光法(SR-PES)とラザフォード後方散乱法(RBS)を用いた。SR-PES法からAO照射によってSiO層がSiドープDLC表面に形成されることがわかった。RBSからはAO照射によってSiをドープしないDLCの膜厚が目減りすること、それと対照的に、SiドープDLC表面に形成されるSiO層がその下地のDLCを保護する効果があることがわかった。
横田 久美子*; 田川 雅人*; 北村 晃*; 松本 康司*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿
Applied Surface Science, 255(13-14), p.6710 - 6714, 2009/04
被引用回数：13 パーセンタイル：50.25(Chemistry, Physical)超熱原子状酸素に曝した水素化ダイヤモンドライクカーボン(DLC)中の水素と炭素の密度をラザフォード後方散乱分光と弾性反跳イオン分析で調べた。DLC中の水素密度は、原子状酸素の衝突エネルギーが3eV以上では炭素原子を取り去る必要があるが、2eV程度では酸素原子暴露とともに減少した。高い衝突エネルギーはDLCの深い部分からの水素の脱離に有効である。表面での水素密度は酸素原子暴露で6%減少したが、衝突エネルギーには依存しない。さらに、DLC中を拡散する遊離している水素は原子状酸素の衝突によるエネルギー移動によって脱離することがわかった。
横田 久美子*; 田川 雅人*; 北村 晃*; 松本 康司*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; Fontaine, J.*; Belin, M.*
AIP Conference Proceedings 1087, p.368 - 383, 2008/05
Siをドープしたダイヤモンドライクカーボン(DLC)の表面保護に関して、超熱原子状酸素(AO)ビーム照射の効果を調べた。Siの含有率が10%と20%の二種類のDLCを試験した。高分解能放射光光電子分光法(SR-PES)とラザフォード後方散乱法を用いて、超熱原子状酸素ビームを照射したDLC表面を分析した。SR-PES分析から、SiをドープしたDLCではAO照射によってSiO層が形成されることがわかった。RBS分析からは、ノンドープDLCではAO照射によって膜厚が目減りすること、それとは対照的に、SiドープDLCではSiO層が下地のDLCを保護することがわかった。
and diamond-like carbon lubricating films; Atomic oxygen-induced erosion and its effect on tribological properties田川 雅人*; 横田 久美子*; 松本 康司*; 鈴木 峰男*; 寺岡 有殿; 北村 晃*; Belin, M.*; Fontaine, J.*; Martin, J. M.*
Surface & Coatings Technology, 202(4-7), p.1003 - 1010, 2007/12
被引用回数：63 パーセンタイル：89.41(Materials Science, Coatings & Films)低軌道宇宙環境における5eV原子状酸素の影響を、二硫化モリブデンスパッタ膜並びにダイヤモンドライクカーボン潤滑剤に対して実験的に検証した。X線光電子分光の結果から、二硫化モリブデン表面のモリブデンの酸化と、硫黄の気化が顕著であることが示された。深さ方向分析の結果、これらの変化は表面から3nmと極めて浅い領域で生じていることが示された。これは表面で酸化したモリブデンが保護膜の役目を果たし、酸素原子の影響を防いでいるためであると考えられる。このような組成変化は摩擦係数にも影響を及ぼすが、表面層が磨耗によって除去されるとその影響は見られない。しかし、モリブデン酸化物のアブレシブ磨耗の結果、原子状酸素照射のある条件下では二硫化モリブデンの寿命が極端に低下することが示された。一方、ダイヤモンドライクカーボンでは表面の炭素の酸化状態は原子状酸素によっても大きく変化しないことが放射光光電子分光から明らかになったが、ラザフォードバックスキャッタリングの結果、膜自体の気化劣化が激しいことが示され、宇宙環境におけるDLCの利用には保護膜形成等の措置が必要である。
田川 雅人*; 横田 久美子*; 裙本 晋之助*; 十河 千恵*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿
Applied Physics Letters, 91(3), p.033504_1 - 033504_3, 2007/07
被引用回数：5 パーセンタイル：22.64(Physics, Applied)Si(001)表面のSi原子の直接酸化反応をエリプソメトリ及び放射光光電子分光法で研究した。その場エリプソメトリ測定から、2.7-5.0eVの運動エネルギーを有する酸素原子ビームでは酸化膜厚が0.6-0.7nmまで直線則に従うが、1.8eVの運動エネルギーでは0.3nmで直線則から外れることが明らかになった。これらの結果は、2.7-5.0eVの運動エネルギーを有する酸素原子ビームを用いるとSiのバックボンドが直接酸化されることを示唆している。
田川 雅人*; 十河 千恵*; 横田 久美子*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 志村 考功*
Applied Physics Letters, 88(13), p.133512_1 - 133512_3, 2006/03
被引用回数：8 パーセンタイル：31.28(Physics, Applied)放射光光電子分光法(SR-PES)と結晶切断ロッド(CTR)散乱法を用いて5eVの原子状酸素ビームで室温酸化されたSi(001)表面の極薄酸化膜を調べた。SR-PESスペクトルからはサブオキサイドが界面よりも表面に多いことがわかった。CTR散乱データからは(1 1 0.3-0.8)近傍の強度が小さいことから酸化膜のSiOはあまり配列構造を取っていないことがわかった。これらは格子間Si原子の逆拡散で説明できる。
film formed by a hyperthermal O-atom beam at room temperature田川 雅人*; 十河 千恵*; 横田 久美子*; 鉢上 隼介; 吉越 章隆; 寺岡 有殿
Japanese Journal of Applied Physics, 44(12), p.8300 - 8304, 2005/12
被引用回数：5 パーセンタイル：21.82(Physics, Applied)神戸大学が持つ酸素原子ビーム装置を用いてSi(001)基板上に室温で作製したシリコン酸化膜をSPring-8の原研軟X線ビームラインで光電子分光解析した。酸素原子ビームで作製したシリコン酸化膜では通常の熱酸化膜に比べてサブオキサイドが少ないことが明らかになった。
田川 雅人*; 十河 千恵*; 宮階 優*; 横田 久美子*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿
no journal, ,
超熱エネルギー領域の運動エネルギーを持つ原子状酸素ビームを用いてSi(001)表面に形成した極薄酸化膜を放射光を活用した光電子分光法で分析した。極薄酸化膜の形成は神戸大学の実験装置を用いて行い、光電子分光は原研の軟X線ビームラインの表面化学実験ステーションを用いて行った。酸素ガスを用いた熱酸化膜と比較するとサブオキサイドの少ない良質な酸化膜であることが明らかになった。
横田 久美子*; 田川 雅人*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿
no journal, ,
低地球軌道空間を模擬した環境でSi(001)表面に形成した酸化膜を放射光光電子分光法で分析した。その結果、低地球軌道空間を模擬した環境で形成したSi/SiO界面のサブオキサイド量が通常の高温酸化過程で形成したサブオキサイド量よりかなり少量であることが明らかになった。
田川 雅人*; 横田 久美子*; 西崎 徳晃*; 宮階 優*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿
no journal, ,
並進運動エネルギーが2keVの高速窒素分子ビームを酸化したSi(001)表面に照射した場合には、シリコン結晶の光電子ピークが不明瞭になることから酸化膜を透過した窒素分子がシリコン結晶と反応することがわかっている。1.6eVから6.9eVの窒素分子ビームを酸化シリコン表面に照射して光電子分光観察した。窒素分子の並進運動エネルギーが大きくなるにつれてSi-Nに由来するSi2p光電子強度はバルク敏感測定の方が表面敏感測定よりも強くなった。この結果は窒素分子が低運動エネルギーでも酸化膜中に進入して、運動エネルギーが大きいほど界面近くでシリコンとの化学結合をつくることを示している。
田川 雅人*; 横田 久美子*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿
no journal, ,
レーザーデトネーションによるビーム法では大きな強度,超熱エネルギー,広がったパルス原子/分子ビームを生成することができる。並進運動エネルギーは1-10eV程度であるので物理スパッタリングを起こさないで表面化学反応を誘起できる。そのため、超熱エネルギーの原子状ビームは表面改質の際にプロセス温度を下げるのに有効である。本研究では室温でSi(001):H表面を酸素原子ビームにさらし、形成された表面酸化膜をSPring-8のBL23SUで放射光光電子分光法によって分析した。その結果、超熱酸素原子ビームによって形成された酸化膜には以下の特徴があることが明らかになった。(1)通常の高温酸化で形成した膜に比べて超熱酸素原子で形成した膜はサブオキサイドをあまり含まない。(2)サブオキサイドの分布も異なる;すなわち、Si/SiO界面よりは表面に存在する。それは格子間シリコン原子の逆拡散で説明できる。(3)入射エネルギーは直接的な酸化反応に影響を与える。(4)窒化シリコンも超熱N/Nビームで形成できる。
田川 雅人*; 横田 久美子*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿
no journal, ,
Si(001)表面に5eVの酸素原子ビームを照射して室温で形成した極薄SiO膜を放射光光電子分光法(SR-PES)と結晶切断ロッド(CTR)散乱プロファイル法で評価した。SR-PESスペクトルからは酸化膜中のサブオキサイドが界面より表面に集中していることがわかった。CTR散乱データからは酸化膜中にはよく並んだSiO構造が少ないことがわかった。これは酸化速度論で登場する格子間シリコンの逆拡散で説明できる。
